制作疏水材料表面_附件.pdf

疏水材料的表面是如何制作的？ 经常看到说结构什么什么的，可是这种结构是怎么制作的？纯靠化学反应吗？ 请允许我先喊一句口号，“仿生材料学万寿无疆” ！ 特殊浸润性是现在老火的领域了，我的水平很低，修学分的时候认真读过一篇二十几页 的综述，还有一篇十几页的嘛不太记得了，总之其实可次，就是瞎叨叨，有错误请专家不吝 批评指正。 问题是疏水表面是怎么制作的，主要在“怎么”上。物理化学里面的内容，我不太记得， 也不想多说了，总之物理化学也万寿无疆。感兴趣的朋友也可参考上面的答主提到的浸润性、 接触角和滚动角等内容。我这种混流氓行的，对于具体的计算、公式什么的，特别无能。下 面的描述中，也将偷换概念，偷懒，耍流氓，讲成一些不特别严谨但是应该基本正确的东西。 仿生学为超疏水材料的制备提供了最初的依据。 有答主提到了“荷叶效应”，对的，大多数的超疏水材料构筑都有参考荷叶表面结构。 而荷叶的表面结构特征有两点： 其一，特殊微纳结构。 其二，生物蜡。 具体展开一下，图片来自文献Chem. Soc. Rev., 2010, 39, 3240–3255。 （嘿，既然是科普性质的，我先说明，我已经是二次引用，感兴趣的同学请自行有哪些信誉好的足球投注网站上 述文章及其参考文献，对综述作者北航的刘克松老师、江雷老师等以及参考文献的作者们表 示感谢，感谢他们出色的工作，提供了这么美的图片。） 特殊微纳结构解释一下，上图是把荷叶表面进行放大，B 中可以看到一片片密集的凸起， C 中可以看到单个凸起表面的精细结构，文中描述是”cilium-like” （纤毛状的），凸起是“微”， 纤毛是“纳”，一直讲的微纳结构就是指这种在μm 和nm 两个尺寸上的结构组成。 再看一幅图片，这是玫瑰花表面的高倍SEM （SEM 就是电子显微镜，具体原理与本文 关系不大，不赘述）图片，可以看出，虽然精细结构不尽相同，但是大致是类似荷叶的微纳 结构。 这种微纳结构为什么能疏水呢？ 科学地讲，应该用物理化学的模型进行计算和说明，如下图。 但是我不太会讲，也不太想翻译文献内容了因为真正爱学的少年可以自行去研究。 剩下的朋友们，我们这么理解一下： 水其实在表面张力的作用下，会形成一个球，因为这种状态下的表面张力最小；微纳结 构的表面充满了一个又一个的小空间，里面是充满空气的，成为一个小气室；如果水珠足够 小，则这些小水球可以挤出气室里的空气，进入气室，和材料表面融为一体，也就是润湿材 料表面；可实际上，气室的尺寸很小，微纳米级别，水珠比较经常形成的尺寸相较而言很大， 一般在毫米级别，不能够进去气室，于是形成了一种水珠在材料微纳结构表面放着，不进去 的状态。（嗯，这个解释我感觉有些许不严谨，但是具体在哪里我真的不知道，谁知道，请 告知。） 然后，这层结构表面覆盖了一层生物蜡，生物蜡是一种低表面能、疏水的物质，它加强 了微纳结构的疏水效果。其它的，例如氟硅改性的各种烷啊之类表面能低的物质，它们制备 出的材料，自身也会具有一些疏水的性能。 讲明白了上面两点，就是疏水材料仿生构筑的内容了。 一般有两种途径： 其一，体材料，也就是块材比如板啊制件啊什么的，直接进行表面疏水结构构筑和处理。 其二，制备成超疏水涂料，喷上去让目标物变成超疏水的。 两种方法是相辅相成的，都需要先尽量满足微纳结构合理、稳定，然后再修饰一层低表 面的物质起到类似生物蜡的作用，以达到更好的效果。 题目里问到的化学反应这种提法太笼统了，物理和化学的方法都可以且会用到吧。仿生 构筑是一项充满了艺术想象力的工作，基本上所有的物理和化学的手段都可以试一试，都有 人在试，都也许可以成功制备疏水和超疏水表面。 从体材料和涂料上稍微讲一下具体内容吧。 体材料。如上图，首先使用硅获得微米级的硅线阵列，然后修饰上一层纳米结构。（原 始文章我没看，又坑爹了，综述里说是self-assembly of tubular plant waxes 生物蜡管自组 装，哇撒，不做这个方向，没那么多时间细研究。） 此外，阵列的获得方法真心可多，从物理气相沉积到化学刻蚀，水热法，电沉积，都是 可以的。操作起来，也不尽相同。 电沉积也许就是十块钱的事儿，有溶液，溶解了所需电解质，通上电，就会在基体上长 出来；可如果要长得漂亮，就需要精细控制反应条件了，想要效果好，可能就贵了麻烦了。 物理气相沉积，起点就天差地别了，好一点的仪